[自然科学]Power System Economics.doc

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1、Power System EconomicsDesigning Markets for ElectricitySteven StoftPower System Economics介绍与讨论电力系统经济学 电力市场设计 Steven Stoft的书为理解批发电力市场设计中所遇到的关键问题提供了即广泛又新颖的分析思路，它实现了经济理论与电力网络相关技术特性的良好综合。该书对于参与设计与评估竞争性批发电力市场的经济学家、监管者、工程师及其它人员而言是一本必选读物。 保罗 L. 乔斯科(Paul L. Joskow MIT经济系及Sloan学院电能与环境政策中心主任) Stoft提供了一种有益的分析思

2、路，它综合了基本的经济原理与电力系统特征。每个参与电力改革的人将从阅读本书中获益。 威廉 W.霍根(William W. Hogan 哈佛大学肯尼迪政府学院) 有多所大学选用该书作为教材： U. of Calgary Electricity Markets West Virginia U. Power Systems Analysis and Economics MIT Energy Systems and Economic Development Rutgers U. Energy Economics. 主要内容 本书主旨是为了提高人们对电力市场的认识，为政策制订与市场设计提供理论支持。书中

3、详细阐述了经济学及实际工程原理在电力市场设计中的应用，将经济理论与电力网络技术特性良好地综合在一起，同时对价格尖峰与电力库这两仃关键问题进行人认真分析，对一些基本问题进行了细致的解答，并指明了目前存在的诸多认识上的误区。 第一部分的主要内容是从经济学的角度对电力市场的诸多基础概念进行定义与解释，对经济学原理在电力市场中的应用进行严格的阐述，并在这一过程中对原来的错误观点进行了批判。例如书中指出： 电力与电能的价格度量应当都是$MWh，而不应当将电力的价格度量理解为$MW，同理发电容量也应当以$MWh来度量。 从工程上一般将“负荷”等同为“需求”，作者将“电力需求”重新定义为当系统频率与电压对所

4、有消费者而言都达到目标值时所消费的电力，切掉的负荷也是需求的一部分，因此在电力市场中应当说供应等于消费，但是可能不等于需求。 边际成本到底是什么？是生产最后一个单位产品的成本（这意味着它等于与目前产量相比少生产一个单位所节约的成本）？还是多生产一个单位产品的额外成本？作者指出从严格意义上讲应当是后者，并进而给出的左边际成本与右边际成本的定义。 当然内容远不止这此，它还对开展零售竞争进行了深入的分析，得出的结论与我们通常所知道的有很大的差别；对FERC的按报价支付原则进行了批判，提出其不符合经济学规律，最后的结果只能是按系统边际价支付等等。这些分析对于我们重新认识电力市场应该说非常有帮助，因而值

5、得学习。 价格尖峰问题是指在面对隐藏在价格尖峰中的两个需求侧缺陷，应当如何进行市场设计，从而使价格尖峰能为投资发电提供激励。第二部分的有关分析表明在需求侧缺陷得到有效减轻之前，有必要进行一定程度的监管，使由价格尖峰得到的总收入能引致满足可靠性要求的发电容量。价格尖峰带来的总收入由两个量决定：1）价格尖峰的持续时间，它受NERC的相关可靠性标准影响；2）价格尖峰的大小，受FERC的监管政策约束。目前很少有人意识到发电容量的投资是由FERC与NERC的政策共同决定的。在第二部分还给出了投资水平的计算框架，由于这些投资受FERC与NERC的政策影响，可能有多种组合，因此书中提出应以尽量减弱价格波动程

6、度为目标，价格波动程度小是一个成熟的电力市场区别于目前市场的显要标志。作者旨在通过这种分析加深人们对监管的理解，指明需求侧调整的必要性。 由于目前我国面临大面积缺电，这时大家对如何开展电力市场存在疑问，相信这一部分有助于我们建立对电力市场的信心，尽快找到解决问题的办法，从而在电力市场条件下能够吸引足够的发电投资，保证系统的供电可靠性，实现电力市场的长期均衡。这一部分所使用的新材料是本书中最重要的。 第三部分讨论了日前与实时市场的体系结构问题，阐述了三种基本的电力交易类型双边交易、交易所交易与pool交易的标准原则，并对它们之间的异同进行了更为细致的比较。但是目前对于这一部分的研究无论是在理论还

7、是在实践上都极其缺乏，因此作者在该部分重点放在提出问题，并进行简单的分析。例如书中指出虽然pool已经在美国东部及PJM市场应用了将近4年，但是到目前为止却始终没有对它们的运营效率进行评估，因为FERC的具有的pool主导权阻碍了其它主体的评估建议，同时它自己又没有开展这方面的工作。又如理论上假定pool是事前定价的，但是许多观察显示美国东部ISOs采用的是事后定价，实际上假设了操作员的所采取的行为是最优的，而这需要进一步地研究。另外对机组组合问题，也就是如何经济地安排发电机的启停，的分析也是该部分所关心的内容，因为该成本的存在使得电力市场的供应成本是非凸的，这与竞争性市场假设不一致，因此在需

8、要对其进行适当的调整。 到目前为止，在许多典型的电力市场中都出现了市场力问题，其中以加州的情况最为严重。这是由于电力需求缺乏弹性，因此在电力供应紧张时，发电商很容易动用市场力使市场价格上涨，这不一定需要占有很大的市场份额，处于平衡点附近的小发电商也可以很容易地动用市场力为自己谋取不合理收益。第四部分从追寻市场力的定义出发，描述了目前存在的各种市场力问题，并给出了用于分析市场力的模型以及在市场设计时应采取何种机制抑制市场力的建议，因为市场力的事前预防比事后惩罚更为重要，书中阐述了可以采用哪些方法对市场力的动用可能进行预测，另外市场力的发生与许多因素都有关系，因此在市场运营中应当对有关指标进行监视

9、，从而起到提前预警作用，在最大程度上减少市场力发生的可能。 电力市场的网络特性是在进行机制设计时不可忽视的重要因素，它最终决定了用户直接面对的电力市场有多大，因为任何交易都必须通过电网才能完成。因此在第五部分作者重点分析了输电极限、阻塞管理、网损定价与输电权问题，这也是目前研究得比较多的地方。本书指出节点网损价格与阻塞价格是竞争性的市场价格，不能仅仅从电力工程的角度对其进行理解，它们也不是在电力市场设计中新发明的价格，而是依据经济学原理进行严格的市场设计时所推导出来的结论。 54目录 第一篇电力市场基础 序言 1-1为什么要解除管制 解除管制的条件 监管面临的问题 竞争性批发市场的优势 实时价

10、格的优势 电力解除管制面临的问题 1-2解除对什么的管制 辅助服务与系统运营商 机组组合与阻塞管理 风险管理与远期市场 输电与配电 零售竞争 1-3电力、电能与容量定价 电力与电能测量 发电容量测量 发电容量定价 补充 1-4电力供应与需求 电力需求描述 扫描曲线与长期均衡 频率、电压与市场结清 1-5什么是竞争 竞争不仅是“争斗” 完全竞争的效率 短期与长期均衡动态过程 为什么竞争会给消费者带来好处 1-6电力市场中的边际成本 边际成本的作用 边际成本谬误 边际成本定义 边际成本的结果 对边际成本的应用处理 稀缺租金 1-7市场结构 可靠性要求 输电 有效需求弹性 长期合同 供应集中 1-8

11、市场体系 子市场一览表 市场类型：电力库中的双边交易 市场之间的联系 1-9市场规则设计与测试 竞争性价格机制的设计 防止博弈的机制设计 拍卖 市场设计测试 补充：“底线测试”示例 第二部分可靠性、价格尖峰与投资 2-1可靠性与投资政策 价格管制的必要性 利润函数 可靠性政策的负面影响 系统间的竞争 价格限制对需求侧的影响 2-2价格尖峰回收固定成本 固定成本谬误 峰荷的最优价格尖峰 固定成本的块状特性 2-3可靠性与发电 运行备用与紧急状态 充足性与安全 简单可靠性模型 基本的可靠性问题 2-4限制价格尖峰 有限需求弹性下的正常市场运营 陡峭负荷时间曲线时的市场失效 抑制平衡市场以避免管制价

12、格 将价格设为最后清算价格 实时价格如何设定远期市场的价格上限 补充：市场失效的前提条件 2-5VOLL定价 负荷损失评估 在简单可靠性模型中VOLL定价最优 实际应考虑的问题 补充 2-6运行备用定价 风险越少，市场力越小 运行备用定价如何好过最优？ 2-7市场动态过程与利润函数 计算利润函数 利润函数解释 2-8装机容量需求 容量需求的确定方法 容量需求的短期利润 容量需求与价格尖峰的综合 两种方法的比较 2-9系统间可靠性竞争 价格上限竞争 价格尖峰与容量需求间的竞争 2-10存在的问题 高边际成本与低价格上限 供应与需求的分别定价 运行备用的价格弹性需求 系统运营商的心理 第三部分市场

13、体系 3-1简介 现货市场、远期市场及结算 体系冲突 简化的节点定价 3-2双结算系统 双结算系统 事后价格：交易者有意见 3-3日前市场设计 日前拍卖如何决定数量与价格 四种日前市场的总结比较 日前市场设计矛盾概述 3-4辅助服务 辅助服务一览 有功平衡与频率稳定 消费者的电压稳定 经济调度 强制交易 3-5理论日前市场 无结清价格的平衡 日前双边市场中的问题 结算、套期交易与可靠性 设计时需考虑的其它因素 3-6理论实时市场 哪些交易属于实时市场 无结清价格的平衡 为什么实时市场不是纯双边的 3-7实际日前市场 套利交易vs计算 效率 可靠性与控制 风险管理 3-8实际实时市场 平衡市场设

14、计的两种方法 FERC认定的边际成本问题 理解边际成本定价 电力交易所 3-9新的机组组合问题 机组组合问题的严重性 电力交易所中的机组组合 电力库条件下的投资 3-10运行备用市场 运行备用类型 按期望成本排序 仅基于容量报价排序 机会成本定价 第四部分市场力 4-1市场力定义 定义市场力 定义价格数量产出 市场力的三个阶段 利用价格数量产出揭示市场力 电力拍卖中的垄断 需求侧的市场力 4-2行使市场力 市场力与远期市场 对市场力的长期反应 边际与非边际发电机 市场力的两种影响 长期与短期市场力 100%加价是否太高？ 4-3市场力建模 垄断与Lerner指数 古诺模型 单边拍卖与HHI 补

15、充：加价决定 4-4减少市场力的机制设计 需求弹性与供应商集中 是什么促使价格下降？ 远期合同与义务 需求的不确定性与供应曲线报价 补充：4-4.3的计算 4-5预测市场力 HHI所忽视的四个因素 为什么Lerner指数不可靠 市场力评估 补充：市场力与远期合同 4-6监视市场力 FERC的模糊标准 市场监视 第五部分节点定价 5-1输电及损耗 DC电力线 AC电力线 5-2物理输电极限 电力线的热极限 无功与热极限 电力线的稳定极限 5-3阻塞定价基础 阻塞定价是竞争性定价 竞争性节点价格的优点 5-4阻塞定价方法 CLPs的集中计算 集中定价与双边定价的比较 5-5阻塞定价谬误 竞争性的节

16、点价是不是太高？ 阻塞付费 5-6费用的退还与征收 定价与收费 电能费用 5-7线路损耗定价 竞争性价格是平均成本的两倍 竞争性损耗定价 平均成本定价的无效率 5-8损耗节点定价 损耗节点定价 完全节点定价：损耗、阻塞与参考价 损耗定价的三个常见问题 5-9输电权 输电权的目的 FTR的使用 与系统有关的金融权带来的收入 物理输电权 回复:Power System Economics讨论（一）序 言 这是真的吗？ 是我一直的梦想 依靠电力，物质世界已经成为一个巨大的神经网络，信息在转瞬之间就可以传递千里之遥！更准确的讲，整个地球就是一个充满智慧的大脑！是否我们也可以说它本身就是一种思想，只是思

17、想，不再是我们想象的物质？ 纳撒尼尔霍桑 七个尖顶阁的房子 1851 电力系统经济学对电力市场的设计提供了实践指导。它为工程人员、律师、管制者和经济学家们跨越各自的学科界限，提供了必要的经济学和工程学的背景知识。本书的第一篇是电力市场基础，在这部分中提出了一些全新的观点，从更有效的分析计算方法到考虑了经济学特征的各种发电模型，以及市场结构和市场设计的区别。 第二篇主要介绍决定电力市场中供需基本特点的核心理论，包括需求侧缺陷、短期可靠性政策以及电力供给的刚性，其导致了电价尖峰和电力市场不稳定的投资模式。由于这种分析是基础性的，可以在不涉及任何区域性定价或机组组合的情况下，让无专业背景的读者能够很

18、好地了解电力市场中最重要和最基本的经济学问题。 第三篇讨论了日前市场和实时市场的市场设计。这需要对机组的组合问题也就是如何经济地启动和停运发电机组的问题进行介绍与分析。为了避免不必要的复杂性，电力系统经济学中的另一个重要问题输电阻塞将在第五篇中进行介绍。这可以使读者对三种基本的电力交易模式：双边交易模式、交易所模式和电力联营体交易模式有个清晰地比较。 第四篇介绍了电力市场力基本理论。尽管在第二篇和第三篇中对电力市场有了较好的理解，但是其没有考虑到第五篇中介绍的输配电网络技术约束的影响，如果愿意，可以直接在15章和16章后直接阅读。第五篇更多地从超越电力工程的角度来理解网损和阻塞定价，主题是区域

19、网损价格和阻塞价格是普遍意义上的（双边的）竞争市场价格。市场设计的问题不是要发明更合理的新价格，而是要设计出能够可靠地发现从亚当斯密开始就倡导的价格经济学市场。电力市场从两个方面偏离了传统的经济学：需求侧与市场的分离以及详细供给成本违反竞争经济学假设。第二篇集中介绍了需求侧的缺陷，其要求每年都进行一定小时数的管制来保证可靠性和有效的投资，即使这些缺陷降到足够低，它们也将对设计薄弱的电力市场构成极大的威胁。第二篇虽是基础性的，却包含了本书最重要的新内容。 虽然市场总供给函数是标准的，但详细的发电成本违背基本的竞争性假设。由于这种违背相对于市场规模来说很小，可能只需要对电力交易竞标稍做调整；另一种

20、选择或许就需要一种复杂并且不透明的电力联营交易模式。第三篇的主要内容是以一种可行的方式提出这个问题，并重点强调一些仍需解答的关键性问题。 本书通过大量的例子来进行阐述，这些例子设计得很简单，却捕捉了重要现象背后的本质。从例子中得出的主要结论概括为“结果”和“谬论”，并在内容的后面列出。“结果”并不是最好的提法，但是谬论的反面也不是可以接受的。由于结果没有被严格证明，因此它们并不是定理，也很少有新的东西，大部分是经济学理论在电力市场中的应用，是各个领域都需要了解的要点。从结论可以升华出一些新的理论，例子则揭示了结论背后的作用机制；而谬论可以用来帮助澄清一些常用的一直导致混淆的错误概念。 回复:P

21、ower System Economics讨论（一）不同深度的阅读 对于那些想对某些特定的问题进行深入了解的读者，可以发现所有章节的组织编排都为此提供了便利，书中的章节包含了以下部分： 1、引言（无标题） 2、每章摘要 3、每节摘要 4、节 5、附录（针对一些章节） 读者可以通过50到200字的每章摘要来判断这一章是否含有其感兴趣的问题并了解其中的精髓；通过阅读每一节的摘要对这一章的内容有个总的了解，并通过序言来了解每一章的重要性和讨论的背景。 在阅读整个一篇的时候，尽管每一章和节的摘要可以提供有益的指导，但是也可以越过它们。一般情况下附录中的数学运算稍有一些难度，但绝不会超过简单微积分计算的

22、范围。 打乱顺序的阅读 具有特殊兴趣的读者希望不按顺序来进行阅读，遇到问题时可以参考本书的相关章节。尽管本书是按照顺序阅读来书写的，但是从第二部分到第五部分，都可在读完第一部分之后直接阅读。甚至在有些部分里，每一章都包含一些参考内容来帮助那些只想阅读某个章节的读者。在词汇表中，所有术语的定义均用黑体字表示，为那些进行跳跃阅读的读者提供很大的帮助。 我们鼓励跳越式的或者不按顺序的阅读，但读者需要理解下面讨论的一些概念，如果这些概念看起来很难，建议读者还是从第一部分开始阅读，进一步的修订可以参阅。 本书中的特殊约定 本书遵循五个不是惯例的约定，尽管它们与一些惯例有所不同，但是却更符合传统经济学的基

23、本原则并且应用方便。 单位。固定成本和变动成本，与电能成本以及容量成本一样，一般用$/MWh作为单位来表示。周期，尽管有时用年小时数来表达，但在本书的等式中是用概率来代表的。在阅读本书的例子之前必须理解这些单位的含义，见31页。 边际成本。在使用直角供给曲线来建立正确的模型时要使用标准规定，这些都假设在产出发生微小变化时供给曲线就从水平转变为垂直。在这种情况下，左和右边际成本定义为生产最后一个单位产品的成本和生产下一个单位产品的成本。边际成本的范围被定义为从左到右边际成本之间的区间值，参见65页。 变动成本。由于边际成本不是用标准直角供给函数在发电机处于最大发电出力状况下定义的，在达到最大出力

24、前不变的边际成本叫做发电机的变动成本。由于它是供给曲线的一个特性并且不随发电机的出力而改变，因此即使当边际成本变动时也是这样定义的。 稀缺收益。“稀缺收益”在经济学教材中没有定义，但它却是电力经济学中常用的一个术语，通常用来区别全部和部分的供给稀缺时的收益。在传统经济学术语中，市场价格在竞争性供给曲线之上的区域代表，边际下收益（Inframarginal rent），在本书中缺货收益的定义与边际下收益相同，以避免定义的含糊不清，参见70页。 总价格尖峰。总价格尖峰被定义为价格持续曲线的上部，特别是在最昂贵高峰机组变动成本以上的区域（不是老式、低效的尖峰机组）。这个截止值只在简单模型中可以得到很

25、好的定义，但是它仍可对实际市场提供一些参考。由这种价格尖峰带来的收入叫做价格尖峰收入，与稀缺收益的含义相似。 有时被曲解的传统术语 利润。“利润”被经济学家用来指长期经济利润，并且这个利润在完全竞争的情况下平均为零。短期利润等于稀缺收益减去启动成本和空载成本，用来弥补固定成本，参见58页。 成本最小化。这里提到的成本最小化是指生产成本的最小化，而不是指消费者购买成本的最小化。 市场清算。当既没有高于市场清算价的买入报价，也没有低于市场清算价的卖出报价时，市场就结清了。市场清算时，供给等于需求。市场清算价格可以是竞争价格、有效价格、公平价格或者由系统调度员设定的价格。 效率。有效的生产使给定产出

26、水平上的生产成本最小，而有效的交易使社会总剩余也就是消费者剩余与生产者剩余之和最大。 现货市场。现货市场仅仅指实时市场，而不包括日前市场。 Power System Economics讨论（一）本次讨论对象为第一章的前言及第1节与第2节。我先将阅读笔记贴上，比较粗糙。 第一部分电力市场基本原理 序言 电力市场在以下两个方面偏离了标准经济学： 需求侧在很大程度上处于与市场分离的状态； 供应成本的某些细节违反了竞争经济学的假设。 本书的几个约定 1）单位 固定成本与变动成本，以及电能（energy）、电力（power）与容量（capacity）成本均使用$/MWh进行衡量。持续时间（duratio

27、n），尽管偶尔以小时/年表示，常用的还是概率形式的等式。 2）边际成本 标准定义针对直角供应曲线进行了适当扩展，引入了左与右边际成本，分别指生产最后一单位与生产下一单位产品所对应的成本，边际成本定义为左边际成本到右边际成本之间的系列值。 3）变动成本 对于具有直角供应曲线的发电机，没有满发之前的常数边际成本称为发电机的变动成本。 4）稀缺租金 定义其等于下边际成本，即小于市场价格，高于竞争供应曲线的区域。 5）总价格尖峰 价格持续曲线上面的部分，尤其是价格高于投资最贵者变动成本的区域。 时常被误解的传统术语 1） 利润 经济学家用来表示长期经济利润，在完全竞争时为0。短期利润等于稀缺租金减去启

28、动与空载成本，它实现了固定成本的回收。 2） 成本最小化 指最小化生产成本。 3） 市场结清 既不会以高于市场清算价格购买，也不会以低于市场清算价出售，供应等于需求。市场清算价格是一个竞争性的、高效的、公平的价格，也可以是由系统操作员设定的价格。 4） 效率 有效的生产在生产水平一定的条件下实现生产成本最小化，有效的交易实现总剩余的最大化。 5） 现货市场 仅指实时市场，不包含日前市场。 1.1为什么解除管制 电力工业有一个发展过程，开始时的发电残酷竞争，过渡到垄断，到现在又准备解除管制。 1.1.1解除管制的条件 问题1 发电机的发电效率如何随着其容量的增大而增加？按额定值生产时，为什么效率

29、最高？ 规模经济与范围经济跟自然垄断之间存在紧密的联系，而没有自然垄断，或者至少是弱自然垄断是成功地实现解除管制的前提条件。更大的自然垄断风险来源于多个电厂公司的经济性与电网的容量不足在高峰期形成的“load pockets”。 竞争需要有多个主体，而技术本身决定了发电机的最经济的规模及最高效的生产规模，如果市场规模与该生产规模比较接近，则难以有效地开展竞争。两者的比较主要体针对因为规模的减少而增加的成本与因为垄断而获得的垄断利润。 1.1.2管制中存在的问题 电力进行管制不完全是因为其是国民生活的基础，解除管制不完全是因为缺少激励。受管制行业与不受管制行业的不良投资均由终端用户付帐。 管制有

30、两个根本问题： 它不能像竞争性市场一样容易地向供应商提供足够的激励； 监管实体本身没有适当的激励 监管者的困境 竞争性市场可以同时完成下述两件事情，即它们能够提供足够的激励： 将价格限制在边际成本； 最小化成本。 而管制做不到。因此必须进行取舍，因为供应商总是比监管者更了解市场。 这种取舍是现代监管理论的核心，完全服务成本（cost-of-service,COS）监管处于其中的一个极端，而另一极是完全价格上限监管。以两者同时为目标进行监管已经被事实证明是徒劳！ 实际监管 大多数的监管者认为他们的任务只是将价格控制在成本上，想推行完全的COS监管，但是因为费率的重新调整很麻烦，因此简化为每隔几年

31、调整一次，这种疏忽出来的“监管期”避免了COS监管完全不能提供成本最小化激励的缺点，但是与最优的平衡结果相比，这还远远不够，也大大低于竞争性市场的标准。 1.1.3竞争性批发市场的优点 竞争性市场可以同时完成下述两件事情，即它们能够提供足够的激励： 最小化成本；这是主要的。可能因为难以考察，所以监管很难操作。 将价格限制在边际成本；管制比较侧重这一方面，但在许多时候管制价格还是偏高。同时还能提供激励实现更精确的定价。受管制的零售者也能做到进行实行定价，但是竞争性零售者受到更多的激励，将会提供实时零售定价可选方案反映自身的成本。 1.1.4实时价格的优点 一种观点认为竞争的优点是：竞争性市场中的

32、价格尖峰可能约束用户的需求，从而减少发电厂的数目，最终减少电能生产成本，使用户受益。 采用节点价格的原因，是输电约束将电力市场节点化，又因为电网的外部性很强，是否可能出现这样一种情况：在系统高峰期，某点的用户（电厂）多用（发）电，反面减轻阻塞，从而降低其点的价格？ 另外现在发电生产的经济特性到底如何，如果从发电总量上看，市场生产最经济的点到底在什么样的位置，80%装机容量？还是100%装机容量？从全市场的角度看（加入输电约束）最经济的点又在何处？对系统峰荷的定义是多少？它与经济生产点的关系是什么？峰荷时的生产一定高，而低谷时的生产又一定低吗？ 实时价格能够节约成本是肯定的，但是关键是程度有多大

33、？在今天负荷因子（load factor）接近60%的情况下，能够实现的节约与早期相比太小了！因为负荷因子的上升是有限的，它不可能是常量（100%），因为这样实时价格就不可能有波动，用户也就没有必要在低谷时消费了。因此实时定价引起的负荷波动会自我约束。 负荷因子从60%上升到80%，发电装机容量需求大约减少25%（为计算方便假设是24%）。在80%时，大多数负荷是基荷，因为高实时价格减少了峰荷。每MW峰荷装机容量的成本大约是平均发电机成本一半，因此发电固定成本大约减少12%，因为燃料成本与固定发电成本相当，总的批发电力成本仅减少6%,（实时定价对总的电能消费影响有限。）同时批发成本仅占零售电力

34、成本的3/8，因此总的零售成本大约减少2.25%。 高峰输电使用常发生在腰荷，而不是峰荷小时，因此很难证明输电成本节约额度。简单假设其相当于发电节约的1/3，则总的节约为3%。 同时用户完成负荷转移的成本将抵消所有的输电节约，主要是购买更精确的设备与改变负荷的成本，用户在转移成本等于边际节约的点才可能停止负荷转移，粗略的估计占总节约成本的1/3，还不包括实时计量与结算的成本，零售成本的最终节约大约为2%。 另一个问题是认为在管制条件下无法进行实时定价，因此建议解除管制，实际上不是不能，可能的原因是监管者缺乏实时定价的意愿或能力。实际上建立竞争性批发市场比推行实时定价需要更强的意愿与才智。 1.

35、1.5电力自由化面临的问题 因为电力生产与消费的同时性，它的边际生产成本与输送成本变化非常快。 两种需求侧缺陷 缺乏计量与实时结算（Billing）； 缺乏对特定用户潮流的实时控制。 缺陷1导致用户缺少对价格的反应，即需求弹性。缺陷2妨碍了双边合同的实际执行，致使系统操作员成本缺省的实时供应商。 对缺陷1，可以通过对市场进行良好的设计来解决。美国将解除管制称为“重构”，因为形成的竞争性市场与受管制的市场相比受到更多的联邦监管。负责的电力自由化要求首先修正需求侧缺陷，再启动市场，与它们引起的问题相比，修正显得简单多了。 复杂性与地方（local）市场力 电力系统的复杂性可以通过对市场机制的设计来

36、克服。地方市场力，如加州的“must run”机组，“load pockets”式的城市，如旧金山、纽约，中的发电机组，至少在目前需要通过干预手段予以解决。 以上的各种问题得到解决之后，批发电力市场将证明比受管制的垄断发电更优。 1.2什么被解除管制 输电与配电输送电力；频率控制与电压支持保证电力质量；其它服务保证可靠性。 1.2.1辅助服务与系统操作员 调整（Regulation）与平衡 维持稳定的系统频率是操作员主要的工作之一，看起来似乎没有成本收益分析，但在一定范围内对系统进行平衡是绝对必要的。 系统频率控制可能产生“免费搭车”问题，必须由监管者决定平衡服务的购买并通过向某些市场成员收费

37、进行支付。不存在替代方法，单纯的市场方法是不可能保证系统频率的稳定的。这意味着需要对平衡服务的需求进行监管，但是可以由一个竞争性的市场进行提供。但这不会自动形成，取决于市场设计。 备用的自我提供 平衡服务的提供有两种方法： 系统操作员在市场中购买必要的服务，并按比例将成本在负荷与发电之间进行分配； 系统操作员指定每个供应商承担物理需求的一部分。 后者称为“自我提供（Self-Provision）”，通常认为是一种监管程度较轻的方法，因为有建立市场的可能。 物理的“自我提供”方法与财务方法之间的差异是什么？如果某供应商被要求供应100MW的旋转备用，它将“自我供应”；相反如果系统操作员直接购买旋

38、转备用，并就100MW旋转备用向供应商收费，供应商的情况会变得更糟吗？不，因为它可以将自己的100MW旋转备用按旋转备用市场价格向市场出售，取得收入，然后系统操作员将按照它所承担的旋转备用要求收费。结果是一样的。发电商均提供了100MW旋转备用，但都没有任何净成本。（关键是对于同一个供应商而言，两种方法所对应的旋转备用数量可能不一致！） 鼓动“自我提供”的理由： 一些人可能没有理解这一原理； 另外一些人相信当他们自我提供时，他们能够更容易供应质量差的旋转备用； 还有一些人想成为旋转备用的市场主导者（market maker），从系统操作员手中接过该项业务。如果他们与系统操作员相比能更有效且更少

39、博弈地做到这一点，应当允许他们这样做。 “自我提供”的对象是系统操作员，这一术语具有欺骗性。供应商与系统操作员之间仍然需要签订物理合同，而确定备用提供的这个合同才是真正困难的东西。“自我提供”不能消除辅助服务市场需求侧的受管制的特性，但是它使供应侧更具竞争性。（以上以旋转备用作为例子进行说明，对其它对象也适用。） 电压支付与黑启动（Black-Start）能力 黑启动与平衡服务一样均是公共产品，必须由系统操作员购买；与其它辅助服务相比，无功作为公共产品的特性较轻，这是因为它不具有像有功一样能很好地随线路传播的特点。 因为有可能对单个用户与电网测量它们的无功使用量，只是代价较高，所以原则上有可能

40、对他们的使用进行收费，并建立无功现货市场。虽然无功通常很便宜，但是运营这种市场却会复杂且贵，同时因为难以实现无功的长距离传输，无功市场的竞争程度也不会高。 电压支持与其它辅助服务一样，存在免费搭车问题，因此至少需要由监管者规定如何无功购买。目前采用的最简单的办法是由系统操作员购买所需要的无功，在必要时（市场力原因）对其购买价格进行调整。 系统操作员服务 系统操作员服务，即协调辅助服务市场且向受管制的需求侧提供辅助服务，是一项垄断业务。它可以是非盈利的（ISO），受管制的程度很小，因为它没有动机最大化租金收入；也可以是盈利的（Transco），它可能拥有电网，需要进行广泛的监管，因为它有强烈的动

41、机对输电服务进行控制，从而最大化租金收入。 一个观点认为输电网将面临来自分散式发电的竞争，不再是自然垄断行业了。这在电力工业初期是正确的，但是现在这种竞争太弱了。想像一个中等地市被剥夺了用于输入电能的线路，迫使它仅依靠城内分散式发电，它的电力成本会如何？那将会是难以想像的贵！对输电依赖的增长这一趋势已经持续了一个多世纪，自由化仅仅加快了这一趋势。新的微型发电机技术增加了分散式发电的机会，减慢或抵消了这一趋势，但是输电系统在数十年内依然是自然垄断的，在这一时期，Transco必须受到管制。 尽管ISOs没有榨取垄断租金的动机，但它们有效运营的动机也很弱，主要来自由市场成员关注所引起的详细审查，因

42、为ISO的无效运营将使他们遭受损失。 ISO与Transco两种方式存在相似的问题，它们优化输电的激励均弱到几乎不存在。可能的解决办法是对垄断者通过授予暂时的经营特许权的方式来强迫竞争，经营特许权的取得需要经过一个报价程序。但是执行当中存在的技术与政治问题还是很麻烦。 1.2.2机组组合与阻塞管理 机组组合与阻塞管理的争议常常看作“Poolco”或“nodal pricing（节点定价）”的争论。PJM与纽约、新英格兰ISOs接受了Hogan的节点定价模型，但是加州、澳大利亚、Alberta与英格兰拒绝了它，倾向于集中程度更小的方法。 这两个问题联系在一起是因为历史或选择的原因，而不是因为内在

43、逻辑。实际上，系统操作员仅仅可以容易地进行阻塞管理与平衡、但不是机组组合。 机组组合服务 机组组合服务即不必统一提供，也无需由私人市场提供。每个发电机均可自己提供。它所要做的是告诉发电机何时开、在每个时间点生产多少、何时关。问题是效率如何？ 经济分析显示：如果能很好地进行价格预测，没有启停成本，私人能进行很好地决策。带来两个问题： 系统操作员会进行更精确的价格预测吗？ 系统操作员能更有效地解决启动成本问题吗？ 系统操作员因为有更多的信息，在预测市场价格方面稍稍强于个体供应商，节点定价时，系统操作员可以预测它计划的日前价格，但是起作用的是未知的实时价格。 “nonconvex（非凸）”的启动成本

44、所引起的无效率可以确定非常小，它对市场均衡危害很小，但是使得它很难被找到！这是造成无效率的主要根源，尤其当它与可靠性交叉在一起时。 目前，很少有证据显示系统操作可能通过机组组合服务节约大量成本。但是损失很小或者也许有可观的收益，尤其是新的市场中，因此保险的作法是系统操作员提供机组组合服务，且让它具有可选择性。PJM现在正是这样做的，几乎所有的生产者使用该项服务，但是作用尚不明确，因为用户接受PJM的服务时受到间接激励。 输电阻塞管理 阻塞管理是电力市场设计最困难的问题之一。尽管在有效运行的系统中阻塞所引起的成本很小，但是设计不良的阻塞定价会使系统变得难以管理。 任何有效的阻塞管理方法都将对阻塞

45、线路使用进行收费。如果价格设置正确，线路的使用需求将等于它的容量，除非价格为0，只有在0价格时线路仍然不能充分得到使用才可能能使价格为0。定价使得对线路报价最高的用户可能使用它，从而线路的容量不被浪费，这是有效管理阻塞的唯一方法。 尽管只有一组有效的阻塞价格，但是有许多其它方法在理论可以给出这一价格，或非常近似于它们的价格。如“多边交易”方法中（Wu与Varaiya），系统操作员不了解阻塞价格，只是以一种“合理但是随意的方式”（防止过度使用线路）地将线路使用权赋予某些使用者，他们将行使权利使用该线路或者将使用权卖给报价更高的使用者。如果整个机制像竞争性市场一样良好运行的话，市场产生的使用阻塞线路的价格将与系统操作员采用节点定价法计算出来的价格一样。 阻塞价格反映的是稀缺资源的价格，取得的收入称为阻塞租金，因为在任何有效机制下，阻塞价格均相同。在节点定价模型下，系统操作员取得阻塞租金，而在其它机制如多边交易方法，某些私人成员获得租金，这是争论的核心。 输电权的分配可以通过出售或分发的方式。在两种方式下，权均源自系统操作员，并以保证输电线路不被过度使用的方式进行规定。输电权的供应必须始终受到管制。 必需做的一定重要选择是：系统操作员应当出售输电权或使用阻塞租金，用以支付线路成本吗？或者系统操作员分发输电权，主私人成员获取阻塞租金？其它分